奶牛对不同糟渣类饲料营养成分的瘤胃降解率和小肠消化率对比研究

2022-03-30王敬林魏元浩赵国琦

动物营养学报 2022年3期

王敬林魏元浩赵国琦,*

(1.扬州大学动物科学与技术学院，扬州225009；2.扬州大学农业科技发展研究院，扬州225009；3.扬州大学教育部农业与农产品安全国际合作联合实验室,扬州225009)

随着社会发展及人民生活水平提高，我国畜牧业以平均每年10%左右的速度高速发展[1]，畜产品在满足人民需求的同时激化了人畜争粮矛盾[2]。据报道，我国目前为止每年生产的非常规饲料接近40亿t，仅农作物秸秆的潜在利用价值相当于我国每年用于饲料粮食的2倍，此外，我国畜牧业每年消耗常规饲料原料占人口耕地的40%，占谷物总量的1/3[3-4]。因此，合理利用非常规饲料是促进我国畜牧业良性发展、缓解饲料资源不足及解决人畜争粮矛盾的重要解决途径。

糟渣类饲料是谷物类、甜菜类、豆类发酵生产产品后的副产品，具有价格低廉、适口性好、产量大等特性[5]。其中，玉米酒糟、高粱酒糟及啤酒糟是玉米、高粱及大麦与酵母菌混合发酵生产乙醇与二氧化碳后得到的残留物经过干燥处理的产物[6]；醋糟是粮食原料经过发酵生产食醋后干燥处理的产物[7]；糖糟是甜菜、甘蔗等高糖原料经过糖分浓缩生产糖后干燥处理的产物[8]。在我国，酒、醋、糖用途广、消费量大，其产品生产后的副产物总和高达数亿吨，因此我国糟渣类饲料资源尤为丰富[9]。据报道，我国在糟渣类饲料方面应用较多主要是玉米酒糟部分替代奶牛蛋白质饲料，而关于其他糟渣类饲料部分替代奶牛蛋白质饲料的研究较少，且仅停留在常规营养成分瘤胃降解率上，进一步研究相对较少。目前，评定反刍动物瘤胃降解率的常用方法是尼龙袋法[10]，评定小肠消化率的常用方法是酶解法[11-12]。因此，本试验以5种糟渣类饲料(玉米酒糟、高粱酒糟、醋糟、糖糟、啤酒糟)为研究对象，采用尼龙袋法和酶解法评价其常规营养成分和氨基酸在瘤胃和小肠中的降解消化特性，为糟渣类饲料作为奶牛蛋白质饲料的利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料原料

试验所用玉米酒糟来源于河北石家庄，高粱酒糟(浓香型，生活中常见的白酒糟渣多来源于浓香型白酒)来源于安徽淮南，醋糟(原料成分为谷壳、稻壳、玉米、高粱、麸皮、大曲等)来源于山西太原，糖糟(原料成分为甜菜)来源于江苏扬州，啤酒糟(原料成分为麦芽、大米、啤酒花等)来源于山东青岛。样本采集各为10 kg，于65 ℃烘干处理后制成风干样本，粉碎后备用。

1.2 试验动物和基础饲粮

本试验以3头胎次[(2.3±1.5) 胎]、泌乳天数[(37±9) d]、产奶量[(39.64±5.55) kg]、体重(668.0 kg左右)接近并装有永久性瘤胃瘘管的中国荷斯坦奶牛为研究对象，于扬州大学农牧场饲养。试验瘘管牛基础饲粮参照NRC(2001)配制，精粗比为4∶6，基础饲粮组成及营养水平见表1。试验期间，早、晚各喂料1次，自由饮水。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.3 测定指标及方法

1.3.1 瘤胃降解率的测定

选用孔径为48 μm的尼龙布缝制成长×宽为8 cm×16 cm的尼龙袋，编号称重后备用。每种饲料选用3头牛，每头牛每种饲料每个时间点设2个样本重复，每个尼龙袋称取5 g左右的样品，每根塑料软管上固定6个尼龙袋。于晨饲后2 h开启瘤胃瘘管放入奶牛瘤胃内，按照同时放入、依次取出的原则，分别于8、12、16、24、36、48、72 h后依次取出，尼龙袋取出后浸泡数分钟，然后立即用自来水冲洗，可用手轻轻抚动袋子进行冲洗，直至水清为止。冲洗后的尼龙袋于65 ℃烘箱中烘干48 h，称重、记录、保存、备测。

1.3.2 小肠消化率的测定

按照Gargallo等[13]改进的体外三步法进行小肠消化率的测定，步骤如下：取1 g消化16 h后的饲料样品装入孔径为40 um，长×宽为3 cm×6 cm的尼龙袋中并且热封。每个培养瓶中放3个袋子，加盐酸胃蛋白酶溶液(pH=1.9，每升溶液含1 g胃蛋白酶)于39 ℃水浴箱中振荡1 h，培养后倒掉液体，用自来水冲干净洗袋子后在培养瓶中加入预热的胰蛋白酶溶液(pH=7.8，每升溶液含3 g胰蛋白酶，50 mg百里香酚，68 g分析纯KH2PO4)，39 ℃振荡培养24 h后，冲洗干净烘干备用。

1.4 营养成分测定

干物质(DM)含量按照GB/T 6435—2014测定；粗蛋白质(CP)含量按照GB/T 6432— 1994测定；粗纤维(CF)含量按照GB/T 6434—2006测定；粗脂肪(EE)含量按照GB/T 6433—2006测定；粗灰分(Ash)含量按照GB/T 6438—2007测定；钙(Ca)含量按照GB/T 6436—2002测定；磷(P)含量按照GB/T 6437—2002测定；中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)含量按照Van Soest等[11]的方法，采用ANKOM-2000I纤维分析仪测定；必需氨基酸(EAA)含量按照异硫氰酸苯酯(PITC)柱前衍生法，采用日立L-8800高效液相色谱仪测定。

1.5 计算公式

按照冯仰廉[14]等提出的模型计算产奶净能，计算公式如下：

产奶净能(MJ/kg)=0.550 1×消化能(MJ/kg)-
0.094 6 (r=0.917 2，P<0.01)。

瘤胃降解率计算公式如下：

某时间点营养物质瘤胃降解率=100×
(降解后该营养物质含量/降解前该
营养物质含量)。

按照Ørskov等[15]提出的模型计算瘤胃降解参数和有效降解率，计算公式如下：

P=a+b(1-e-ct)；
ED(%)=a+bc/(k+c)。

式中：P为待测样品某成分的瘤胃降解率(%)；a为快速降解部分(%)；b为慢速降解部分(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%)；a+b为潜在可降解部分(%)；t为瘤胃中营养物质的停留的时间(h)；ED为饲料中营养物质的有效降解部分(%)；k为饲料中营养物质的瘤胃外流速率(%/h)，玉米酒糟参考颜志辉等[16]取值为0.046 %/h，其他糟渣类饲料参考颜品勋等[17]取值为0.031 %/h。

小肠消化率计算公式如下：

小肠消化率(%)=100×(16 h瘤胃
未降解残渣中该营养物质含量-酶解后
小肠未降解残渣中该营养物质含量)/
16 h瘤胃未降解残渣中该营养物质含量。

1.6 统计分析

试验数据采用Excel 2010初步整理后，再用SPSS 22.0统计软件对基础数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用LSD法进行多重比较。P<0.05为差异显著。

2 结果

2.1 5种饲料的常规营养成分

由表2可知，玉米酒糟、啤酒糟、糖糟中CP含量差异不显著(P>0.05)，但玉米酒糟、啤酒糟、糖糟中CP含量显著高于高粱酒糟、醋糟(P<0.05)，且醋糟中CP含量最低。醋糟中CF、NDF、ADF、ADL含量显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，啤酒糟中Ca、P含量显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。在EAA中，玉米酒糟、高粱酒糟中异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、缬氨酸(Val)、苯丙氨酸(Phe)含量差异不显著(P>0.05)，但显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)；玉米酒糟中苏氨酸(Thr)、蛋氨酸(Met)含量显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)；玉米酒糟、啤酒糟中精氨酸(Arg)含量差异不显著(P>0.05)，但显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)；玉米酒糟、糖糟中赖氨酸(Lys)含量差异不显著(P>0.05)，但显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)。

表2 5种糟渣类饲料的常规营养成分(干物质基础)

2.2 5种糟渣类饲料的DM瘤胃降解率及降解参数

由表3可知，8、12、16 h时，玉米酒糟的DM瘤胃降解率显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，糖糟的DM瘤胃降解率显著低于他4种糟渣类饲料(P<0.05)。24、36 h时，玉米酒糟和高粱酒糟的DM瘤胃降解率差异不显著(P>0.05)，但显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)。72 h时，玉米酒糟的DM瘤胃降解率最高，显著高于高粱酒糟和醋糟(P<0.05)，高粱酒糟最低。

表3 5种糟渣类饲料的DM瘤胃降解率及降解参数

在5种糟渣类饲料的DM瘤胃降解参数中，玉米酒糟的快速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，高粱酒糟最低。糖糟的慢速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，玉米酒糟、啤酒糟、糖糟的DM有效降解率显著高于其他2种糟渣类饲料(P<0.05)。

2.3 5种糟渣类饲料的CP瘤胃降解率及降解参数

由表4可知，12、16 h时，玉米酒糟的CP瘤胃降解率最高，高粱酒糟的CP瘤胃降解率显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。24、36 h时，高粱酒糟的CP瘤胃降解率显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。72 h时，玉米酒糟的CP瘤胃降解率最高，高粱酒糟的CP瘤胃降解率最低。

表4 5种糟渣类饲料的CP瘤胃降解率及降解参数

在5种糟渣类饲料的CP瘤胃降解参数中，玉米酒糟的CP快速降解部分最高，高粱酒糟的CP快速降解部分显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。高粱酒糟的CP慢速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。玉米酒糟、糖糟的CP有效降解率显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)。

2.4 5种糟渣类饲料的EAA瘤胃降解率

由表5可知，啤酒糟的Ile、Leu、Phe、Thr瘤胃降解率显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的Met瘤胃降解率差异不显著(P>0.05)，啤酒糟的Met瘤胃降解率显著高于高粱酒糟和醋糟(P<0.05)。

表5 5种糟渣类饲料的EAA瘤胃降解率

2.5 5种糟渣类饲料的NDF瘤胃降解率及降解参数

由表6可知，8 h时，玉米酒糟、高粱酒糟的NDF瘤胃降解率显著高于其他3种糟渣类饲料(P<0.05)。12、16、24 h时，玉米酒糟的NDF瘤胃降解率显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。36、48、72 h时，糖糟的NDF瘤胃降解率显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。

表6 5种糟渣类饲料的NDF瘤胃降解率及降解参数

在5种糟渣类饲料的NDF瘤胃降解参数中，玉米酒糟的NDF快速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)，糖糟的NDF快速降解速部分最低。醋糟的NDF慢速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。醋糟的NDF有效降解率最高，显著高于高粱酒糟和糖糟(P<0.05)。

2.6 5种糟渣类饲料的ADF瘤胃降解率及降解参数

由表7可知，8、12、16、24 h时，玉米酒糟的ADF瘤胃降解率最高，糖糟的ADF瘤胃降解率最低。36、48、72 h时，醋糟的ADF瘤胃降解率最高；糖糟的ADF瘤胃降解率最低，显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。

在5种糟渣类饲料的ADF瘤胃降解参数中，玉米酒糟的ADF快速降解部分显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。高粱酒糟的ADF慢速降解部分高于其他4种糟渣类饲料。醋糟的ADF有效降解率最高；糖糟的ADF有效降解率最低，显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。

表7 5种糟渣类饲料的ADF瘤胃降解率及降解参数

2.7 5种糟渣类饲料的过瘤胃DM和CP小肠消化率

由表8可知，玉米酒糟的过瘤胃DM小肠消化率显著高于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的过瘤胃CP小肠消化率差异不显著(P>0.05)，高粱酒糟的过瘤胃CP小肠消化率差显著低于其他4种糟渣类饲料(P<0.05)。过瘤胃CP小肠消化率从高到低依次为玉米酒糟、啤酒糟、糖糟、醋糟、高粱酒糟。

表8 5种糟渣类饲料的过瘤胃DM和CP小肠消化率

2.8 5种糟渣类饲料的EAA小肠消化率

由表9可知，玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的Ile、Leu、Lys小肠消化率差异不显著(P>0.05)，但显著高于高粱酒糟和醋糟(P<0.05)。玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的Met小肠消化率差异不显著(P>0.05)，但显著高于高粱酒糟(P<0.05)。

表9 5种糟渣类饲料的EAA小肠消化率

3 讨论

3.1 5种糟渣类饲料的常规营养成分

本试验所用5种糟渣类饲料在常规营养成分方面存在一定的差异，其中玉米酒糟各营养成分含量与陈艳[5]测定结果相近，高粱酒糟、啤酒糟各营养成分含量与李倩等[18]测定结果相近，醋糟各营养成分含量与宋曾廷等[19]测定结果相近，糖糟各营养成分含量与赵芸君等[8]测定结果相近。玉米酒糟、糖糟、啤酒糟中CP含量高于20%，CF含量低于18%，属于蛋白质饲料，其中与玉米酒糟相比，糖糟和啤酒糟中CP含量与其接近，这说明糖糟和啤酒糟有替代玉米酒糟成为反刍动物部分蛋白质饲料的潜力。玉米酒糟、糖糟、啤酒糟中ADL含量低于高粱酒糟、醋糟，这说明其木质化程度较低，更助于动物消化吸收。此外，玉米酒糟、糖糟、啤酒糟中DM、NDF、ADF、Ash含量也均低于高粱酒糟、醋糟，这与高粱酒糟、醋糟中存在大量糠壳有关[18,21]。EAA是动物体自身不能合成，必须从外界食物中摄取的氨基酸，它是合成动物体蛋白质最重要的原料和促进生长、维持正常生命活动代谢最重要的物质之一。在传统饲粮的几种EAA中，Met、Lys作为反刍动物常见第一、二限制性氨基酸，其含量决定其他氨基酸的限制程度[20]。在本试验中，玉米酒糟中Met、Lys含量优于其他4种糟渣类饲料，这可能与饲料本身氨基酸组成及相关产品加工工艺有关。

3.2 5种糟渣类饲料的DM瘤胃降解率及降解参数

评价干物质采食量(DMI)的重要指标是DM瘤胃降解率，DM瘤胃降解率与DMI成正比。不同饲料的DM瘤胃降解率差异较大。其中玉米酒糟、高粱酒糟的DM瘤胃降解率变化趋势与陈艳[5]研究结果接近。啤酒糟的DM瘤胃降解率变化趋势与李春雷[22]研究结果接近。玉米酒糟在各时间点的DM瘤胃降解率均最大，说明玉米酒糟最易于奶牛瘤胃微生物消化。在DM有效降解率方面，玉米酒糟、糖糟、啤酒糟差异不显著，却显著高于另外2种糟渣类饲料，说明糖糟、啤酒糟和玉米酒糟一样有利于奶牛的吸收。

3.3 5种糟渣类饲料的CP瘤胃降解率及降解参数

维持瘤胃微生物正常生长繁殖的菌体蛋白来源主要是饲粮中CP降解产生的氮源。饲粮中可溶性蛋白和不可溶性蛋白的降解程度主要取决于饲粮在瘤胃内滞留发酵时间长短及自身蛋白质含量。本试验中，玉米酒糟、啤酒糟CP瘤胃降解率变化趋势与张颖等[23]研究结果接近。高粱酒糟CP瘤胃降解率变化趋势与陈艳[5]研究结果接近。本试验5种糟渣类饲料中，玉米酒糟与糖糟CP瘤胃降解率、有效降解率均相近，这与2种饲料中的可消化蛋白质部分降解较快，营养价值较高有关[24]，这说明玉米酒糟、糖糟易于被瘤胃微生物降解，满足瘤胃微生物菌体蛋白的合成。而高粱酒糟与醋糟、啤酒糟CP瘤胃降解率、有效降解率相近且较低。其中，高粱酒糟可能与其富含抗营养因子有关；醋糟与自身蛋白质含量低纤维含量高有关[21]；而啤酒糟CP瘤胃降解率、有效降解率较低是因为啤酒酿制过程中温度的升高使得麦芽中的蛋白质和糖发生了非酶褐变反应，其结合产物可提高啤酒糟中过瘤胃蛋白质的含量，过瘤胃蛋白质不易被瘤胃中的微生物分解利用，这与Merchen等[25]报道啤酒糟产生大量慢速降解蛋白质，能为瘤胃微生物的生长提供足够的氮，同时最大限度地减少瘤胃氮的损失，提高蛋白质过瘤胃率一致。

3.4 5种糟渣类饲料的EAA瘤胃降解率及降解参数

瘤胃可降解EAA主要来源于瘤胃可降解蛋白被微生物降解产生。Kajikawa等[26]报道，瘤胃微生物培养于不添加Leu、Phe等氨基酸的培养液中，其生长受到限制，这说明EAA及限制性氨基酸同样限制瘤胃微生物的生长。此外，王梦芝等[27]报道，EAA中Ile、Leu、Val等支链氨基酸是动物瘤胃微生物生长必需氨基酸，限制性Met可能是潜在的生长限制因子。本试验中，在各种糟渣类饲料的CP有效降解率基础上，啤酒糟、玉米酒糟、糖糟的Ile、Leu、Val这3种支链氨基酸瘤胃降解率及Met瘤胃降解率均高于高粱酒糟和醋糟，这说明啤酒糟、玉米酒糟、糖糟更有利于促进瘤胃微生物的生长，从而提高瘤胃微生物区系的丰富度。

3.5 5种糟渣类饲料的NDF、ADF瘤胃降解率及降解参数

饲料中NDF、ADF含量是决定动物消化难易程度的重要指标，NDF主要包括植物细胞壁的大部分成分，如纤维素、半纤维素、木质素等，ADF主要包括木质素与纤维素[28]。纤维素酶活性和纤维素在瘤胃中的滞留时间是影响纤维素降解率的重要因素[29]。本试验中，玉米酒糟、高粱酒糟的NDF、ADF瘤胃降解率变化趋势与陈艳[5]研究结果接近。啤酒糟NDF、ADF的瘤胃降解率变化趋势与李春雷[22]研究结果接近。玉米酒糟、啤酒糟的NDF和ADF瘤胃降解率及有效降解率差异不显著，可能是因为二者木质素含量相当，且二者饲粮中CP有效降解率均满足了瘤胃合成菌体蛋白基础氮源需要量，使得纤维素酶的活性相当，且EAA中特定氨基酸高瘤胃降解率促进了瘤胃微生物的生长[26，30]。糖糟瘤胃降解率低原因可能与糖糟淀粉含量高，富含结构性多糖有关。高粱酒糟、醋糟的NDF、ADF瘤胃降解率高的原因可能是其自身营养成分含量高。Agbagla-Dohnani等[31]认为粗饲料中NDF、ADF的含量及组成也会影响纤维物质在瘤胃内的降解率，这与本试验研究结果一致。

3.6 5种糟渣类饲料的过瘤胃DM与CP小肠消化率

过瘤胃DM主要指在瘤胃中没有被降解，从而到达小肠部分进行消化吸收的营养物质总和。过瘤胃DM主要由未降解的碳水化合物、蛋白质、脂肪等物质组成，其中最重要的过瘤胃DM是蛋白质，因为瘤胃降解蛋白质只是满足了瘤胃微生物合成菌体蛋白的需要量,过瘤胃蛋白质则是进入小肠，被奶牛机体真正消化吸收利用。本试验中，玉米酒糟、高梁酒糟、啤酒糟过瘤胃CP小肠消化率与《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)的估计值接近。莫放等[32]报道，近代反刍动物蛋白质营养体系均以小肠蛋白质消化为基础进行评价。本试验中，玉米酒糟的过瘤胃DM在小肠的消化率高于其他糟渣类饲料，说明其在小肠更利于消化。玉米酒糟、啤酒糟、糖糟的过瘤胃CP小肠消化率均高于高粱酒糟和醋糟，说明玉米酒糟、啤酒糟、糖糟的过瘤胃蛋白质能更好地被奶牛机体真正所消化利用，从而节省优质蛋白质饲料用量。

3.7 5种糟渣类饲料EAA小肠消化率

氨基酸是蛋白质基本组成单位及功能体现者[33]。饲料中过瘤胃蛋白质在小肠消化而成的氨基酸是反刍动物小肠可吸收氨基酸的重要来源之一[34]。本试验结果显示，在几种EAA中Met、Lys分别作为反刍动物第一、二限制性氨基酸，玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的Met、Lys小肠消化率显著高于高粱酒糟、醋糟，这说明玉米酒糟、糖糟、啤酒糟的第一、二限制性氨基酸在小肠中更利于消化，从而被奶牛所吸收利用，弥补奶牛机体最缺乏的氨基酸不足和提高其他氨基酸的吸收利用率。